Электронный микроскоп открыл тайну воспроизведения вирусов. Проще всего этот процесс наблюдать на группе вирусов, нападающих на бактерии, - бактериофагов, или просто фагов. Фаги легко размножаются в кишечной палочке Escherichia coli. Ее клетки поражаются по меньшей мере семью штаммами фагов Т1 - Т7. Эти фаги по строению напоминают ручную гранату - они имеют голову и хвост.

Природа позаботилась об этих вирусах, снабдив их необходимыми орудиями: ферментом лизоцимом, «открывателем» клеточной мембраны, и микроскопическими «мышцами», сокращение которых способствует попаданию ДНК внутрь клетки.

Электронная микрофотография бактериофагов, инфицирующих клетку.

Атака начинается с прикрепления хвостов нескольких десятков фагов к определенной части бактериальной стенки. Тотчас же лизоцим растворяет клеточную мембрану. Аппарат хвоста вируса действует наподобие шприца: «мышцы» сокращаются и нуклеиновая кислота впрыскивается внутрь клетки. Верхняя «одежда» вируса - белковый чехол - остается снаружи клетки. Так завершается «оккупация» бактерий фагами. Весь процесс длится всего несколько минут.

Нуклеиновая кислота играет главную роль в воспроизведении фага. Это, как вы помните, было доказано немецкими учеными в опытах по гибридизации вирусов.

Однако не все вирусы так агрессивны, как фаги, не у всех есть хвост с набором необходимых для взлома клетки инструментов. Как же в этих случаях вирус проникает на чужую территорию?

Как ни парадоксально, в этих случаях сама клетка осуществляет внедрение вирусов - она как бы заглатывает их. Вспомним, что на протяжении эволюции у клеток выработался механизм активного захвата из окружающей среды различных твердых частиц (фагоцитоз) и капелек жидкости (пиноцитоз). Этот механизм играет большую роль в нормальной жизнедеятельности клетки. В случае же встречи с вирусом происходит как бы «самоубийство» клетки.

Участие обратной транскриптазы в образовании комплиментарной ДНК на вирусной одноцепочечной РНК-матрице в животной клетке

При «заглатывании» вируса клетка стремится «переварить» его специальными ферментами клетки. «Война» может быть закончена миром, если клетке не удастся подобрать ключ - соответствующий фермент для растворения белковой оболочки. В случае же наличия в клетке подходящего фермента происходит трагедия. Фермент разрушит чехол вируса, освободит замурованную пленницу - нуклеиновую кислоту, которая по клеточным каналам быстро доберется до ядра клетки и проникнет в него или останется в цитоплазме. Вот с этого момента начинается размножение вируса. Дальше все понятно. Клетка будет разрушена.

«Иноземка» на чужой территории заставляет «государственный аппарат» работать на себя - производить свои копии. Как это происходит?

Вирусная нуклеиновая кислота, подавляя производство молекул клетки, вынуждает клетку производить вирусы. Вначале оккупированная клетка начинает синтезировать ферменты - полимеразы, снимающие копии с нуклеиновой кислоты вируса. Таким образом происходит редупликация, совершающаяся в разных частях клетки, в зависимости от вируса. При образовании достаточного количества вирусных нуклеиновых кислот часть из них отправляется на «фабрику белков» клетки. Рибосомы теперь вынуждены синтезировать вирусные белки вместо собственных. Оставшаяся часть вирусных нуклеиновых кислот идет на производство дочерних вирусов.

1)Фаг приближается к бактерии, и хвостовые нити связываются с рецепторными участками на поверхности бактериальной клетки.

2)Хвостовые нити изгибаются и “закоривают” шипы и базальную пластинку на поверхность клетки; хвостовой чехол сокращается, заставляя, полый стержень входить в клетку; этому способствует фермент - лизоцим, который находится в базальной пластинке; таким образом, ДНК вводится внутрь

3)ДНК фага кодирует синтез ферментов фага, используя для этого более синтезирующий аппарат (рибосомы и т.п.) хозяина.

4) Фаг тем или иным способом ин активирует ДНК хозяина, а фермент фага совсем расщепляет ее; ДНК фага подчиняет себе клеточный аппарат.

5)ДНК фага реплицируется и кодирует синтез новых белков.

6)Новые частицы фага, образующиеся в результате спонтанной само сборки белковой оболочки вокруг фаговой ДНК; под контролем ДНК фагов синтезируется лизоцим.

7) Лизис клетки, т.е. клетка, лопается под воздействием лизоцима; высвобождается около 200-1000 новых фагов; фаги индуцируют другие клетки.

Жизненный цикл фага составляет 30 минут.

Жизненный цикл бактериофага: 1 - одна молекула двухцепочечной ДНК; 2 - хвостовые нити; 3 - сократившийся чехол; 4 - шипы отростка; 5 - ДНК; 6 - пустая белковая оболочка; 7 - ДНК фага; 8 - ферменты фага; 9 - бактерия (хозяин); 10 - ДНК хозяина (двухцепочечная)

2.3. Лечение

Развитие естествознания необычайно расширило представления человека об окружающем его мире. Мир невидимых живых существ - микроорганизмов, хранит ещё много тайн, познать которые очень важно для человечества.

Вирусология - быстро развивающаяся отрасль современной биологии. Её теоретическое и практическое значение для медицины, ветеринарии, сельского хозяйства - огромно. На вирусах изучаются вопросы генетики микробов и актуальные проблемы биохимии. Учёные всё более глубоко и успешно познают тончайшую структуру, биохимический состав и физиологические свойства этих ультрамикроскопических живых существ, их роль в природе, жизни человека, животного и растений. Развитие вирусологии связано с блестящими успехами молекулярной генетики. Изучение вирусов привело к пониманию тонкой структуры генов, расшифровки генетического кода, выявлению механизмов мутации. Вирусы широко применяются в работах генной инженерии. Способность вирусов приспосабливаться, вести себя непредсказуемо - не знает предела.

Миллионы людей стали жертвами вирусов - возбудителей различных болезней. И всё-таки основные успехи вирусологии достигнуты в борьбе с конкретными болезнями и это даёт основание утверждать, что в нашем третьем тысячелетии вирусология займёт ведущее место.

Список литературы